JP6713405B2 - ガスハイドレート回収方法およびガスハイドレート回収装置 - Google Patents

Description

本発明は、水底の塊状のガスハイドレートを水底の水とともに揚収して回収するガスハイドレート回収方法およびガスハイドレート回収装置に関するものであり、詳しくはガスハイドレートの回収にともない水中の環境が変化することを抑制できるガスハイドレート回収方法およびガスハイドレート回収装置に関するものである。

海底や湖の底（以下、水底ということがある）に存在するメタンガスハイドレートを回収するガスハイドレート回収装置が種々提案されている（例えば特許文献１参照）。

特許文献１は、水底の水とともに塊状のガスハイドレートを水上設備に揚収して、塊状のガスハイドレートを融解させて発生したガスを回収するガスハイドレート回収装置を提案する。ガスを回収された後の水底の水は水面近傍の表層に排水される。

ガスハイドレートが埋蔵している水底は約４００ｍ以深となるため、水底近傍の水と水面近傍となる表層の水とは性質が異なる。具体的にはそれぞれの水に含有される微生物の種類や量が異なり、塩類や微量金属の種類や濃度が異なり、溶存している窒素や酸素等の気体の種類や濃度が異なる。

そのため水底の水を水面近傍の表層に排水すると、表層における水中の環境が変化してしまう。この水中環境の変化は環境保護の観点や生物学的な見地から望ましくない場合がある。

特開２０１５−３１０９７号公報

本発明は上記の問題を鑑みてなされたものであり、その目的はガスハイドレートの回収にともない水中の環境が変化することを抑制できるガスハイドレート回収方法およびガスハイドレート回収装置を提供することである。

上記の目的を達成するためのガスハイドレート回収方法は、ガス分離タンクから下方の水底に向かってライザー管を延設して、このライザー管の下端の回収口から前記水底の水とともに塊状のガスハイドレートを吸い上げて前記ガス分離タンクに揚収するガスハイドレート回収方法において、前記ガス分離タンクから前記水底に向かって排出管が延設されていて、前記回収口から揚収する前記水底の水の全てを前記排出管の下端の排出口から前記水底に戻して、前記ガス分離タンクの内部のガスを外部に取り出すガス回収部が前記ガス分離タンクに設置されていて、前記ガス回収部で前記ガス分離タンクの外部から内部に流体が流入することを阻止して、前記ライザー管の中の流体の密度と前記ガス分離タンクの内部の圧力とに応じて、前記ガス回収部を通過させて外部に取り出す前記ガスの流量を制御することを特徴とする。

上記の目的を達成するためのガスハイドレート回収装置は、水底から上方に向かって延在して前記水底で回収された塊状のガスハイドレートを前記水底の水とともに吸い上げるライザー管と、このライザー管の上端に連結されていて吸い上げられた前記塊状のガスハイドレートが流入するガス分離タンクとを備えるガスハイドレート回収装置において、前記ガス分離タンクから前記水底に向かって延在する排出管を備えていて、前記ライザー管の下端の回収口から揚収される前記水底の水の全てが前記排出管の下端の排出口から前記水底に戻される構成を有していて、前記ガス分離タンクが、このガス分離タンクの内部のガスを外部に取り出すとともに、外部から内部に流体が流入することを阻止するガス回収部を備えていて、前記ライザー管の中の流体の密度を測定する密度測定機構と、前記ガス分離タンクの内部の圧力を測定する圧力測定機構と、前記密度測定機構および前記圧力測定機構から得られる値に応じて前記ガス回収部を通過させて外部に取り出す前記ガスの流量を制御する制御機構とを備えることを特徴とする。

本発明のガスハイドレート回収方法およびガスハイドレート回収装置によれば、水底で回収される水が他の領域に流出することなく全て水底に戻されるので、ガスハイドレートの回収にともない水中の環境が変化することを抑制するには有利である。

本発明のガスハイドレート回収装置を例示する説明図である。 図１のガスハイドレート回収装置の構成を例示する説明図である。 図２のガスハイドレート回収装置の変形例を例示する説明図である。 図２のガスハイドレート回収装置の変形例を例示する説明図である。 図２のガスハイドレート回収装置の変形例を例示する説明図である。

以下、本発明のガスハイドレート回収方法およびガスハイドレート回収装置を図に示した実施形態に基づいて説明する。

図１および図２に例示するように本発明のガスハイドレート回収装置１は、海や湖の底である水底２に存在するメタンガスハイドレートｍを掘削して塊状のガスハイドレートｍを捕集する掘削機構３と、掘削機構３で捕集されたガスハイドレートｍを水底２の近傍から上方に向かって搬送するライザー管４とを備えている。

掘削機構３は、例えばドリルビットや水中重機で構成することができる。掘削機構３の構成はこれに限らず、水底２を掘削して塊状のガスハイドレートｍをライザー管４の下端の回収口４ａに送る構成を有していればよい。

ライザー管４は、例えば上下方向に延在する筒状体で構成することができる。ライザー管４の下端の回収口４ａは水底２の近傍に配置される。本明細書において水底近傍とは水底２から上方に１０ｍ程度までの領域をいう。水底近傍の範囲は上記に限らず適宜設定することができる。水底近傍の範囲は、例えば水底２から上方に２ｍまでの範囲としてもよく、水底２から上方に５０ｍまでの範囲としてもよい。

ライザー管４の上端はガス分離タンク５に直接または間接に連結されている。水面近傍に配置される船舶や浮体等の構造物６にガス分離タンク５は設置される。ガス分離タンク５が設置される構造物６は水面近傍に配置される船舶等に限らず、陸上の建造物や水中に配置される浮体等で構成してもよい。

ガス分離タンク５は塊状のガスハイドレートの融解等により水底２の近傍やライザー管４の内部やガス分離タンク５の内部で発生するガスを、水底２の水から分離する機能を有している。このガス分離タンク５は塊状のガスハイドレートｍをガス化する機能を有していてもよい。ガス分離タンク５は、内部のガスｇを外部に取り出すガス回収部７と、ガス回収部７に一端を連結されるガス供給ライン８とを備えている。ガス供給ライン８の他端にはガスｇを貯留する貯留タンクやガスｇを消費地まで搬送するパイプラインが連結されている。

ガス分離タンク５には水底２に向かって延設される排出管９が直接または間接に連結されている。排出管９は例えば筒状体で構成されていて、下端の排出口９ａは水底２の近傍に配置されている。

水底２で掘削機構３により掘削され捕集される塊状のガスハイドレートｍは、ライザー管４の下端の回収口４ａに送られる。ガスハイドレートｍはメタンガス等のガス資源を内包していて比較的比重が小さいため、浮力によりライザー管４の中を上方に移動していく。

水面に近づくほど水圧が小さくなり温度が高くなるため、ライザー管４の中を上昇するガスハイドレートｍが融解して、ガスｇの気泡を発生させることがある。ライザー管４の上端に近づくほど気泡の量が増えるので、ライザー管４の中の流体の密度は上端に近いほど小さくなる。

ライザー管４の回収口４ａと上端との比重差が大きくなるので、この比重差によりライザー管４の中に上昇流が発生する。いわゆるエアリフトポンプと同様の効果が発生する。この上昇流により塊状のガスハイドレートｍとともに水底２の近傍の水や土砂がライザー管４により吸い上げられて、ガス分離タンク５に回収される。ライザー管４にポンプ等の動力源を設置したり、ライザー管４の内部に気体を吹き込んで気泡を発生させたりして、ライザー管４の中に上昇流を能動的に発生させる構成にしてもよい。

ガスハイドレートｍが存在する水底２は、例えば水深４００ｍ以上であり水底２の水の水温は５℃以下となる。これに対して船舶等の構造物６に設置されるガス分離タンク５の周囲は例えば２０℃程度となる。水底２に比べてガス分離タンク５の中の温度は比較的高いため、ガス分離タンク５の中ではガスハイドレートｍが融解してガスｇが発生する。またライザー管４の中を流れる途中でガスハイドレートｍの融解により発生するガスｇがガス分離タンク５に回収される。

ガス分離タンク５の中のメタンガス等のガスｇは、ガス回収部７からガス分離タンク５の外部となるガス供給ライン８に取り出される。ガス回収部７は例えばガス分離タンク５の内部から外部へのみガスの移動を可能とする逆止弁で構成することができる。

ガス回収部７は、メタンガス等のガスｇを資源としてガス分離タンク５の内部から外部に取り出すとともに、ガス分離タンク５の外部から内部に流体が流入することを阻止する構成を有しているため、ガス分離タンク５に大気等の気体や海水等の液体が流入することを防止できる。これにより大気中や表層および中間層の水に存在する微生物等がガス分離タンク５の内部に混入することを阻止できる。

本明細書において表層とは例えば水深１０ｍ〜水面までの領域を示す。また中間層とは表層と水底近傍との間に挟まれる領域を示す。表層の範囲は上記に限らず適宜設定することができる。表層の範囲は、例えば水面から水深２ｍまでの範囲としてもよく、水面から水深５０ｍまでの範囲としてもよい。

ガス回収部７は、ガス分離タンク５の内部から外部へ流れる方向にのみガスを移動させるポンプ等で構成してもよい。

ガスハイドレートｍとともにガス分離タンク５に回収される水および土砂等はいずれも水底２から回収されたものである。またガスハイドレートｍの融解にともない発生する水も水底２から回収されたものである。これらの全てが排出管９により水底２に戻される。

ガス分離タンク５に回収される塊状のガスハイドレートｍを融解させずに、塊のまま貯留タンク等に回収して、消費地まで運搬する構成にしてもよい。この場合はガスハイドレートｍを構成する水の一部がガス分離タンク５の内部から外部に取り出されることになる。この場合であってもガスハイドレートｍとともにライザー管４の回収口４ａから揚収される水底２の水の全てが排出管９により水底２に戻される。

排出管９にポンプ等の動力源を設置して、水底２から回収される水や土砂等をガス分離タンク５から水底２に戻す構成にしてもよい。

この実施形態ではライザー管４によるガスハイドレートｍの揚収は連続的に行われ、ガス分離タンク５でのガス化と並行して排出管９による排出が連続的に行われる。つまりガスハイドレートｍの回収は連続的に行われる。

ガスハイドレート回収装置１は、図２に例示するようにライザー管４の回収口４ａから排出管９の排出口９ａに至る経路ｃにおいて、回収口４ａから回収される水底２の水が経路ｃの内部から外部に流出しない状態で循環する構成を有している。

また水底２から回収される物質のうち資源として回収されるガス等を除いて全てが経路ｃの外部に流出しない状態で排出口９ａから水底２に排出される構成にすることが望ましい。この構成では水底２から回収される土砂等の固体も全て排出口９ａから水底２に戻される。またガスハイドレートｍの融解により発生する水も水底２に戻される。

上記の構成によれば水底２の水や土砂等に含まれる微生物等が、表層や中間層などの他の領域に流出することがない。表層や中間層などの水中環境の変化を抑制するには有利である。

含有される塩類や微量金属の種類や分量が異なる水底２の水や土砂等が、表層等の他の領域に排出されることがない。成分の異なる水が混ざり表層等の水中環境の変化を抑制するには有利である。

溶存している窒素や酸素やメタンなどの気体の種類や濃度が異なる水底２の水や土砂等が、表層等の他の領域に排出されることがない。表層等の水中環境の変化を抑制するには有利である。

ガスハイドレート回収装置１は、ライザー管４の回収口４ａから排出管９の排出口９ａに至る経路ｃにおいて、経路ｃの外部から内部に向かって周囲の水等が流入しない構成にすることができる。つまり経路ｃにはガスハイドレートｍの融解にともない発生する水と水底２の水以外の液体が流入しない。これにより経路ｃの内部を流れる水底２の水等に表層等の他の領域の水が混入することを抑制できる。水底２の水中環境の変化を抑制するには有利である。

本明細書において経路ｃとは、水底２から回収された水が水底２に戻るまでに通過する経路を示し、具体的には例えばライザー管４とガス分離タンク５と排出管９とで構成される経路を示す。

また経路ｃの外部から内部に向かって周囲の大気等の気体が流入しない構成にしてもよい。つまり経路ｃにはガスハイドレートｍの融解にともない発生するガス以外の気体が流入しない。これにより経路ｃの内部を流れる水底２の水等に大気が混入することを抑制できる。大気に含まれる微生物等が経路ｃを流れる水底２の水とともに水底２に運ばれる不具合を回避できるので、水底２の水中環境の変化を抑制するには有利である。

排出口９ａの配置位置が回収口４ａから遠いほど、排出口９ａから排出される土砂等が不必要に回収口４ａから吸い上げられることを抑制するには有利である。ライザー管４で搬送される流体のうち土砂等の割合が少ないほど、密度ρ１が小さくなり、ライザー管４
による搬送効率を向上するには有利である。

図３に例示するようにライザー管４の上端とガス分離タンク５との間にバッファタンク５ａを設置する構成にすることができる。この実施形態ではライザー管４とガス分離タンク５とは間接的に連結される。バッファタンク５ａは、水底２の水とともに揚収される塊状のガスハイドレートｍを一旦貯留する。バッファタンク５ａは、水に浮いているガスハイドレートｍをガス分離タンク５に移動させるとともに、バッファタンク５ａの底部の近傍から排出管９にガスハイドレートｍを含まない水を排水する構成を有している。

このとき経路ｃはライザー管４からバッファタンク５ａとガス分離タンク５とを経由して排出管９に至るものと、ライザー管４からバッファタンク５ａを経由して排出管９に至るものと二つ存在する。

図４に例示するようにガスハイドレート回収装置１が、ライザー管４の内部を通過する流体の密度を測定する密度測定機構１０と、ガス分離タンク５の内部の圧力を測定する圧力測定機構１１とを備える構成にすることができる。密度測定機構１０はライザー管４の内部または外部の管壁等に設置されている。密度測定機構１０はライザー管４の上端近傍であり、ガス分離タンク５に近い位置に設置することが望ましい。圧力測定機構１１はガス分離タンク５の内部の上方側に配置されていて、気相部分の圧力を測定する構成を有する。

密度測定機構１０と圧力測定機構１１とはそれぞれ有線または無線の信号線により制御機構１２に接続されている。制御機構１２は例えばガス分離タンク５の近傍に配置することができる。制御機構１２は、密度測定機構１０と圧力測定機構１１から取得した値に応じて、ガス回収部７を通過させて外部に取り出すガスｇの流量を制御する構成を有している。この実施形態ではガス分離タンク５からガス供給ライン８に向かって延設される配管の途中部分にガス回収部７が配置されている。

ガス分離タンク５の内部の水に熱を供給する加熱機構１３をガス分離タンク５に設置する構成にしてもよい。加熱機構１３は例えば電気の供給により発熱するヒータで構成することができる。このヒータはガス分離タンク５の内部に配置される。

加熱機構１３は、例えばガス分離タンク５の内部の水を外部に取り出して循環させる管路を形成して、この管路の外側に比較的温度の高い例えば表層の水を熱媒として接触させて熱交換を行なう構成にすることができる。管路では熱の移動のみが行われる構成であるため、ガス分離タンク５の中の水は直接、表層の水や大気等に接触することはない。

加熱機構１３は、表層の水などの熱媒を循環させる管路をガス分離タンク５の内部に配置する構成にすることができる。ガス分離タンク５の内部の水は、管路の壁面と接触して熱交換を行なう。管路では熱の移動のみが行われ、ガス分離タンク５の内部の水と熱媒とが直接接触することはない。

本発明において加熱機構１３は必須要件ではない。加熱機構１３を設置する場合には、制御機構１２と信号線で接続する構成にすることが望ましい。この構成により制御機構１２は、加熱機構１３によりガス分離タンク５の内部の水に供給される熱量を制御することができる。

ガス回収部７から外部であるガス供給ライン８に取り出されたメタンガス等のガスを、ライザー管４の途中部分から内部に吹き込むガスリフト機構１４を設置する構成にしてもよい。ガスリフト機構１４によりライザー管４の中で発生する上昇流の流速を増加させる
ことができる。大気中の空気等ではなくガスハイドレートｍから回収したガスｇをライザー管４の中に吹き込むので、ライザー管４を流れる流体に大気中の微生物等が混入する不具合を回避できる。

ガスリフト機構１４で使用するガスｇはガス供給ライン８から取り出される構成であるため、ガスリフト機構１４の動作によりガス分離タンク５の中の圧力が変動することを防止できる。ガスリフト機構１４で使用するガスｇはガス分離タンク５から取り出す構成にしてもよい。

本発明においてガスリフト機構１４は必須要件ではない。ガスリフト機構１４を設置する場合には、ガスが通過する流路の途中にポンプ１５を設置して、このポンプ１５を制御機構１２と信号線で接続する構成にすることが望ましい。この構成により制御機構１２は、ガスリフト機構１４によりライザー管４の中に供給されるガスの流量を制御することができる。

ガスリフト機構１４においてガスが通過する流路の途中に、ガス内に含まれる水分を除去する除湿機構１６を設置してもよい。ガスリフト機構１４の流路の中でガスｇが水分と反応してガスハイドレートｍを生成して、流路を閉塞する不具合を回避するには有利である。

ガス分離タンク５から取り出されるガスｇを、例えばポンプなどの圧縮機構１７により加圧して、ガス分離タンク５の中に供給する構成にしてもよい。具体的には例えばガス供給ライン８とガス分離タンク５とを還流ライン１８で連通して、この還流ライン１８の途中部分に圧縮機構１７を設置する構成にすることができる。ガスｇをガス化分離タンク５に加圧して供給する構成により、ガス分離タンク５の内部の圧力を上昇させる制御が可能となる。

本発明においてガス分離タンク５の中にガスｇを供給する構成は必須要件ではない。圧縮機構１７と還流ライン１８とを設置する場合には、圧縮機構１７を制御機構１２と信号線で接続する構成にすることが望ましい。この構成により制御機構１２は、圧縮機構１７によりガス分離タンク５の内部の圧力を制御し易くなる。

ガスハイドレート回収装置１でガスハイドレートｍを回収する際には、まずライザー管４の内部を流れる流体の密度ρ１（ｋｇ／ｍ^３）を密度測定機構１０で測定する。ライザー管４の内部を流れる流体には土砂等が含まれるが、ガスハイドレートｍの融解により発生したりガスリフト機構１４から供給されたりするガスｇの気泡も含まれる。そのためライザー管４の外部の水よりも密度は比較的小さくなる。この密度ρ１は例えば９００ｋｇ／ｍ^３程度である。ガスリフト機構１４を備えている場合にはライザー管４の中に供給するガスの流量を増加させることにより密度ρ１を下げることができる。

ライザー管４の外部の水の密度ρ０は通年でほとんど変化しないので固定値と見なすことができる。この密度ρ０は例えば１０００ｋｇ／ｍ^３程度である。

一方で圧力測定機構１１によりガス分離タンク５の内部の圧力Ｐ１（ｋｇ／ｍ^２）を測定する。ここで圧力Ｐ１はゲージ圧を表している。ガス分離タンク５の内部では塊状のガスハイドレートｍの融解にともなうガスｇの発生により圧力Ｐ１が増加する。ガス回収部７からガスｇを外部に取り出すことにより圧力Ｐ１が減少する。また圧力Ｐ１は、ライザー管４からガス分離タンク５への水底２の水などの流体の流入により増加して、排出管９への排出により減少する。

ライザー管４の中の流体には、回収口４ａから水圧により押込まれる力が上向きの力として作用する。ライザー管４の中の流体の質量が下向きの力として作用する。またガス分離タンク５の内部の圧力Ｐ１が下向きの力として作用する。そのためライザー管４の中の流体が揚収されるには下記の式１を満たす必要がある。

ここでＨはライザー管４の回収口４ａが配置される位置の水深（ｍ）を表している。上記式１の変形により下記式２が得られる。

ここでρ０−ρ１はライザー管４の内部と外部との流体の密度の差を示している。式２よりガス分離タンク５の内部の圧力Ｐ１が小さいほど、ライザー管４による揚収を維持し易くなることがわかる。制御機構１２は、ガス回収部７の作動によりガス分離タンク５の中のガスｇを外部に取り出して圧力Ｐ１が式１を満たす様にガス分離タンク５の中の圧力Ｐ１を制御する。ガス回収部７が逆止弁で構成されている場合は、逆止弁の開放によりガス分離タンク５の圧力Ｐ１を下げることができる。

ガスハイドレート回収装置１がガスリフト機構１４を備えている場合には、制御機構１２はポンプ１５の制御によりライザー管４の中に供給されるガスｇの量を制御する構成にしてもよい。ガスｇの供給量が増えるほどライザー管４の中の流体の密度ρ１が小さくなるため、ライザー管４の中の上昇流を維持し易くなる。

この制御は上記のガス回収部７の制御とともに行ってもよい。つまりガス分離タンク５の内部の圧力Ｐ１を下げるとともに、ライザー管４の中の流体の密度ρ１を小さくする制御を行なってもよい。

ガスハイドレートｍを掘削する水深Ｈが変化しなければ、式１の左辺の値はほとんど変化しないため、定数と見なすことができる。これによりライザー管４の内部の流体の密度ρ１と水深Ｈとの積に、ガス分離タンク５の内部の圧力Ｐ１を足した値が所定の範囲になる状態に制御機構１２で制御する構成にしてもよい。

排出管９の中の流体には、排出口９ａから水圧により押込まれる力が上向きの力として作用する。排出管９の中の流体の質量が下向きの力として作用する。またガス分離タンク５の内部の圧力Ｐ１が下向きの力として作用する。そのため排出管９の中の流体が水底２に排出されるには下記の式３を満たす必要がある。

ここでρ２はガス分離タンク５の内部に残る流体の密度（ｋｇ／ｍ^３）を表している。ガス分離タンク５の内部ではガスｇが分離するので、ガス分離タンク５の内部に残る流体の密度ρ２は増加する。この流体には水底２の水と土砂等が含まれていて、密度ρ２は例えば１１００ｋｇ／ｍ^３程度である。

排出管９の中の流体の密度ρ２は外部の水の密度ρ０よりも大きくなる。そのためガス分離タンク５の内部の圧力Ｐ１が大気圧より小さくなりその値がマイナスにならなければ、排出管９の中の流体は自重で水底２まで移動することができる。式３よりガス分離タンク５の内部の圧力Ｐ１が大きいほど、排出管９による排出を効率よく行えることがわかる。

制御機構１２は、ガス回収部７の作動により圧力Ｐ１を制御する。ガス回収部７が逆止弁で構成されている場合は、逆止弁の開放を阻止することによりガス分離タンク５の圧力Ｐ１を増加させることができる。

ガスハイドレート回収装置１が加熱機構１３を備えている場合には、制御機構１２は加熱機構１３の制御によりガス分離タンク５の内部に供給される熱の量を制御する構成にしてもよい。供給される熱の量が増えるほど塊状のガスハイドレートｍが融解してガスｇが発生し、ガス分離タンク５の内部の圧力Ｐ１が増加する。

この制御は上記のガス回収部７の制御とともに行ってもよい。つまりガス分離タンク５からのガスｇの取り出しを停止するまたは取り出すガスｇの量を抑制するとともに、ガスｇの発生量を増加させることによりガス分離タンク５の内部の圧力Ｐ１を増加させる制御を行なってもよい。

ガスハイドレート回収装置１が圧縮機構１７と還流ライン１８とを備えている場合には、制御機構１２は圧縮機構１７の制御により、ガス分離タンク５の内部に加圧して還流させるガスｇの流量を制御する構成にしてもよい。供給されるガスｇの流量が増えるほどガス分離タンク５の内部の圧力Ｐ１が増加する。

この制御は上記のガス回収部７や加熱機構１３の制御とともに行ってもよい。ガス回収部７と加熱機構１３と圧縮機構１７とによる圧力Ｐ１の制御は、一つのみを行なってもよく、複数を適宜組み合わせて行なってもよい。

上記式２および式３より、ガス分離タンク５の内部の圧力Ｐ１が小さいほどライザー管４による揚収には有利であり、圧力Ｐ１が大きいほど排出管９による排出には有利である。制御機構１２はこの揚収と排出とのバランスを調整する制御を行なう。例えばガス分離タンク５の内部の圧力Ｐ１を大気圧程度に維持するように制御することで、ライザー管４による揚収と排出管９による排出とを同時にかつ連続的に行なうことができる。

この実施形態では制御機構１２が経路ｃの各所における圧力のバランスを調整するため、水底２の水を水底２からライザー管４と排出管９とを経由して再度水底２に戻す経路ｃにおいて、ポンプ等の動力をほとんど使用することなく水を循環させることができる。ガスハイドレート回収装置１におけるエネルギ消費量が抑制されるため、資源回収の際のエネルギ効率を向上するには有利である。

経路ｃにおいて流体を連続して循環させることができるので、比較的小さなエネルギで流体の循環を維持するには有利である。また経路ｃにおいて流体を連続的に循環させる構成により、ガス分離タンク５で回収する単位時間当たりのガスハイドレートｍの量を増加させるには有利である。

経路ｃにおける流体の循環は上記のような連続式に限定されず、バッチ式としてもよい。バッチ式の場合はガスハイドレートｍを揚収する工程（以下、揚収工程ということがある）と、ガスハイドレートｍをガス化する工程（以下、ガス化工程ということがある）および排出管９により水等を水底２に排出する工程（以下、排出工程ということがある）とを分離して行なう。

揚収工程では、まずライザー管４でガスハイドレートｍを揚収して、ガス分離タンク５に回収していく。ガスハイドレートｍが加熱機構１３を備えている場合は、加熱機構１３を作動させない。ライザー管４またはガス分離タンク５の中でガスハイドレートｍが自然に融解して発生したガスｇは、ガス回収部７から逐次回収される。

ガス分離タンク５からガスｇが逐次外部に排出されるので、ガス分離タンク５の中の圧力Ｐ１を比較的小さく保つには有利である。ガス分離タンク５の中の圧力を小さく保つことにより、ライザー管４による揚収効率を向上することができる。

揚収工程では、排出管９をバルブ等で閉止することなく開放状態とすることができる。ガス分離タンク５の中の圧力Ｐ１は比較的小さく保たれるため、排出管９が開放状態であっても流体が水底２に向かって流れる流量はそれほど大きくならない。また塊状のガスハイドレートｍの比重はガス分離タンク５の中の水等と比べて比較的小さいので、ガスハイドレートｍが排出管９から水底２に流出する可能性はほとんどない。そのためガス分離タンク５の内部における塊状のガスハイドレートｍの割合が増加していく。

他方で排出管９をバルブ等で閉止して、ガス分離タンク５の中の水が排出管９から水底２に排出されない構成にしてもよい。

ガス分離タンク５の中に所定量のガスハイドレートｍを回収した後にガス化工程を行なう。ガス化工程ではライザー管４とガス分離タンク５との間をバルブ等により閉止する。その後、ガス分離タンク５の中のガスハイドレートｍが融解してガスｇが発生する。このときガス回収部７は閉止状態として、ガス分離タンク５の中の圧力Ｐ１を比較的大きく保つことが望ましい。ガスハイドレート回収装置１が加熱機構１３を備えている場合には、加熱機構１３を作動させて、ガスハイドレートｍの融解を促進させる。

ガス化工程において、ガス分離タンク５の内部の圧力Ｐ１が所定値以上となる状態を維持しつつ、ガス分離タンク５から外部にガスｇを取り出す制御を行なってもよい。このときガス回収部７の開閉と加熱機構１３から供給される熱量とを制御機構１２が制御する構成にしてもよい。

排出工程はガス化工程と並行して行われる。排出工程ではガス分離タンク５の中でガスｇと分離された水や土砂等が排出管９により水底２に送られる。このときガス分離タンク５の中の圧力Ｐ１が比較的大きい状態であるため、排出管９から水底２に効率よく水等を排出することができる。

ガスハイドレート回収装置１が圧縮機構１７と還流ライン１８とを備えている場合には、圧縮機構１７を作動させてガス分離タンク５の中の圧力Ｐ１を増加させることができる。これにより排出管９から水底２に短時間で水等を排出することができる。

ガス化工程および排出工程では、ガス分離タンク５とライザー管４との間はバルブ等により閉止されているので、ガス分離タンク５の中の圧力Ｐ１が大きくなっても、流体がライザー管４の回収口４ａに向かって逆流するおそれがない。ライザー管４の中を浮力により浮上してくる塊状のガスハイドレートｍが水底２に戻されることがないので、ガスハイドレートｍの回収効率を向上するには有利である。

図５に例示するようにガスハイドレート回収装置１が、二つのガス分離タンク５を備える構成にしてもよい。ライザー管４は、上端に配置される切替バルブ１９と、この切替バルブ１９とそれぞれのガス分離タンク５との間を連通する枝管部４ｂとを備えている。同様に排出管９は、上端に配置される切替バルブ２０と、この切替バルブ２０とそれぞれのガス分離タンク５との間を連通する枝管部９ｂとを備えている。切替バルブ１９、２０によりライザー管４と排出管９とに連結されるガス分離タンク５を切り替えることができる。この実施形態では前述のバッチ式が採用される。

切替バルブ１９の作動により一方のガス分離タンク５とライザー管４とを連通させて揚収工程を行なう。揚収工程を行なっているこのガス分離タンク５は、切替バルブ２０の作動により排出管９と連通していない状態である。

このガス分離タンク５に所定量のガスハイドレートｍを回収した後、切替バルブ１９の作動によりライザー管４との連通を解除するとともに、切替バルブ２０の作動により排出管９と連通した状態とする。その後、このガス分離タンク５においてガス化工程および排出工程を同時に行なう。ガス分離タンク５の中の圧力Ｐ１が上昇して水等が排出管９から水底２に排出される。

一方のガス分離タンク５でガス化工程および排出工程を行なっているとき、他方のガス分離タンク５ではライザー管４と連通した状態として揚収工程を行なう。つまり二つのガス分離タンク５のうち一方では揚収工程を行ない、他方ではガス化工程および排出工程を行なう。切替バルブ１９、１８の作動により、それぞれのガス分離タンク５で行われる作業が所定時間ごとに切り替えられる。

二つのガス分離タンク５を切り替えて使用するため、バッチ式を採用しつつライザー管４および排出管９の内部を流れる流体を停止させることなく連続的に流すことができる。ライザー管４および排出管９の内部の流体の流れを一旦止めると、ライザー管４および排出管９の全長が長くなるほど再度流すために比較的大きなエネルギが必要となる。この実施形態によれば資源回収に必要となるエネルギの効率を向上することができる。

また水底２において掘削機構３による掘削作業や、ライザー管４および排出管９による流体の移動を連続的に行なうことができるので、資源回収の効率を向上するには有利である。

ガス分離タンク５の数は二つに限定されず、三つ以上設置して切り替えて使用する構成にしてもよい。例えば一つ目のガス分離タンク５で揚収工程を行ない、二つ目のガス分離タンク５でガス化工程を行ない、三つ目のガス分離タンク５で排出工程を行なう構成にすることができる。またガス化工程など比較的長い作業時間が必要となる工程に複数のガス分離タンク５を割り当てる構成にしてもよい。

塊状のガスハイドレートｍの回収について説明したが、ガスハイドレート回収装置１は水底２の近傍で融解して発生したガスｇの回収にも使用できる。例えば掘削機構３が水底２の塊状のガスハイドレートｍを予め融解させて回収する構成であっても、本発明のガスハイドレート回収装置１を適用することができる。

本発明のガスハイドレート回収装置１の構成は、ガスハイドレートｍの回収に限らず、水底資源の回収装置としても利用することができる。例えば水底２に存在するマンガン団塊の回収や、熱水鉱床からの資源回収にも利用することができる。

１ ガスハイドレート回収装置
２ 水底
３ 掘削機構
４ ライザー管
４ａ 回収口
４ｂ 枝管部
５ ガス分離タンク
５ａ バッファタンク
６ 構造物
７ ガス回収部
８ ガス供給ライン
９ 排出管
９ａ 排出口
９ｂ 枝管部
１０ 密度測定機構
１１ 圧力測定機構
１２ 制御機構
１３ 加熱機構
１４ ガスリフト機構
１５ ポンプ
１６ 除湿機構
１７ 圧縮機構
１８ 還流ライン
１９ 切替バルブ
２０ 切替バルブ
ｍ ガスハイドレート
ｇ ガス
ｃ 経路
ρ０ ライザー管の外部の流体の密度
ρ１ ライザー管の内部の流体の密度
ρ２ ガス分離タンクの内部の流体の密度
Ｐ１ ガス分離タンクの内部の圧力

Claims (6)

1. ガス分離タンクから下方の水底に向かってライザー管を延設して、このライザー管の下端の回収口から前記水底の水とともに塊状のガスハイドレートを吸い上げて前記ガス分離タンクに揚収するガスハイドレート回収方法において、
   前記ガス分離タンクから前記水底に向かって排出管が延設されていて、前記回収口から揚収する前記水底の水の全てを前記排出管の下端の排出口から前記水底に戻して、
   前記ガス分離タンクの内部のガスを外部に取り出すガス回収部が前記ガス分離タンクに設置されていて、前記ガス回収部で前記ガス分離タンクの外部から内部に流体が流入することを阻止して、
   前記ライザー管の中の流体の密度と前記ガス分離タンクの内部の圧力とに応じて、前記ガス回収部を通過させて外部に取り出す前記ガスの流量を制御することを特徴とするガスハイドレート回収方法。
2. ガス分離タンクから下方の水底に向かってライザー管を延設して、このライザー管の下端の回収口から前記水底の水とともに塊状のガスハイドレートを吸い上げて前記ガス分離タンクに揚収するガスハイドレート回収方法において、
   前記ガス分離タンクから前記水底に向かって排出管が延設されていて、前記回収口から揚収する前記水底の水の全てを前記排出管の下端の排出口から前記水底に戻して、
   前記ガス分離タンクの内部のガスを外部に取り出すガス回収部が前記ガス分離タンクに設置されていて、前記ガス回収部で前記ガス分離タンクの外部から内部に流体が流入することを阻止して、
   前記ライザー管の中の流体の密度と前記ガス分離タンクの内部の圧力とに応じて、前記ガス分離タンクの内部に供給する熱の量を制御することを特徴とするガスハイドレート回収方法。
3. ガス分離タンクから下方の水底に向かってライザー管を延設して、このライザー管の下端の回収口から前記水底の水とともに塊状のガスハイドレートを吸い上げて前記ガス分離タンクに揚収するガスハイドレート回収方法において、
   前記ガス分離タンクから前記水底に向かって排出管が延設されていて、前記回収口から揚収する前記水底の水の全てを前記排出管の下端の排出口から前記水底に戻して、
   前記ガス分離タンクの内部のガスを外部に取り出すガス回収部が前記ガス分離タンクに設置されていて、前記ガス回収部で前記ガス分離タンクの外部から内部に流体が流入することを阻止して、
   前記ガス分離タンクの内部から外部に取り出した前記ガスを、加圧して前記ガス分離タンクに供給することを特徴とするガスハイドレート回収方法。
4. ガス分離タンクから下方の水底に向かってライザー管を延設して、このライザー管の下端の回収口から前記水底の水とともに塊状のガスハイドレートを吸い上げて前記ガス分離タンクに揚収するガスハイドレート回収方法において、
   前記ガス分離タンクから前記水底に向かって排出管が延設されていて、前記回収口から揚収する前記水底の水の全てを前記排出管の下端の排出口から前記水底に戻して、
   前記ガス分離タンクの内部のガスを外部に取り出すガス回収部が前記ガス分離タンクに設置されていて、前記ガス回収部で前記ガス分離タンクの外部から内部に流体が流入することを阻止して、
   前記ライザー管の内部と外部との流体の密度の差と、前記ライザー管の前記回収口が位置する水深との積よりも、前記ガス分離タンクの内部の圧力が小さくなる状態に、前記ガス回収部を通過させて外部に取り出す前記ガスの流量または前記ガス分離タンクの内部に供給する熱の量または加圧して前記ガス分離タンクに供給する前記ガスの流量の少なくとも一つを制御することを特徴とするガスハイドレート回収方法。
5. 水底から上方に向かって延在して前記水底で回収された塊状のガスハイドレートを前記水底の水とともに吸い上げるライザー管と、このライザー管の上端に連結されていて吸い上げられた前記塊状のガスハイドレートが流入するガス分離タンクとを備えるガスハイドレート回収装置において、
   前記ガス分離タンクから前記水底に向かって延在する排出管を備えていて、
   前記ライザー管の下端の回収口から揚収される前記水底の水の全てが前記排出管の下端の排出口から前記水底に戻される構成を有していて、
   前記ガス分離タンクが、このガス分離タンクの内部のガスを外部に取り出すとともに、外部から内部に流体が流入することを阻止するガス回収部を備えていて、
   前記ライザー管の中の流体の密度を測定する密度測定機構と、前記ガス分離タンクの内部の圧力を測定する圧力測定機構と、前記密度測定機構および前記圧力測定機構から得られる値に応じて前記ガス回収部を通過させて外部に取り出す前記ガスの流量を制御する制御機構とを備えることを特徴とするガスハイドレート回収装置。
6. 水底から上方に向かって延在して前記水底で回収された塊状のガスハイドレートを前記水底の水とともに吸い上げるライザー管と、このライザー管の上端に連結されていて吸い上げられた前記塊状のガスハイドレートが流入するガス分離タンクとを備えるガスハイドレート回収装置において、
   前記ガス分離タンクから前記水底に向かって延在する排出管を備えていて、
   前記ライザー管の下端の回収口から揚収される前記水底の水の全てが前記排出管の下端の排出口から前記水底に戻される構成を有していて、
   前記ガス分離タンクが、このガス分離タンクの内部のガスを外部に取り出すとともに、外部から内部に流体が流入することを阻止するガス回収部を備えていて、
   前記ガス回収部を介して前記ガス分離タンクの外部に取り出したガスを加圧する圧縮機構と、この圧縮機構で加圧される前記ガスを前記ガス分離タンクに供給する還流ラインとを備えることを特徴とするガスハイドレート回収装置。

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